Capítulo 5 - Medição de
rotação, torque e potência
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Capítulo 4 - Medição de rotação, torque e potência
5.1 - Medição de rotação
Os instrumentos usados para medir a velocidade
angular de eixos rotativos são chamados tacômetros.
Existem basicamente três tipos principais de tacômetros:
• os mecânicos
• eletromagnéticos
• ópticos.
Uma das principais diferenças entre estes é a
potência retirada do eixo que gira.
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A velocidade angular, é a razão entre o
deslocamento angular e o tempo decorrido no
deslocamento:
ω = 2πf
[rad/s]
ω = rotação [rad/s]
f = frequência [Hz]
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5.1.1 - Tacômetros mecânicos
A figura ilustra uma
das
formas
utilizadas
como tacômetro, uma
versão para utilização com
eixos verticais.
As duas massas (A
e B) são ligadas a braços
articulados que giram com
o eixo. Os braços sofrem a
ação de uma força, o peso
do colar, que tende a
estira-los e os mantém
próximos do eixo.
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Eixo
Apoio fixado
ao eixo
A
B
Ponteiro
O colar desliza para
cima e para baixo
no eixo
Pivô
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5.1.2 – Tacômetros elétricos
5.1.2.1 - Tacogerador
É
essencialmente
um
pequeno gerador de eletricidade,
quanto mais rápido gira a bobina,
maior a fem nela induzida
Se as conexões elétricas
forem feitas à bobina e a saída
levada a um voltímetro, então a
leitura
do
voltímetro
estará
relacionada à velocidade angular
da bobina.
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Ímã permanente
N
S
Bobina rotativa
Os tacogeradores
podem ser utilizados para
medições diretas de rotações
de eixos giratórios até cerca
de 6 000 rpm, com uma
precisão de, em geral, de 2%.
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5.1.2.2 - Tacômetro indutivo
Uma roda com dentes é presa
ao eixo rotativo. Quando os dentes da
roda se movem à frente do magneto
é produzida uma variação no fluxo
magnético através da bobina, e isso
resulta na indução de uma fem
dentro da bobina.
Cada dente que passa na
frente do magneto resulta em um
pulso de voltagem na bobina. A
freqüência desses pulsos – isto é, o
numero de pulsos produzidos por
segundo – está relacionada à
velocidade angular.
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5.1.2.3 - Tacômetro fotoelétrico
Um
disco
pulsador
é
associado ao eixo e, quando este
gira, o feixe de luz é “cortado”. Isso
faz a célula fotoelétrica detectar
pulsos de luz, estando a freqüência
na qual recebe os pulsos relacionada
à velocidade angular do eixo.
O sistema de medição tem
assim um sensor, conectado através
de um condicionador de sinais, o
formador de pulsos, a um mostrador
digital.
Não aplicam nenhuma carga
sobre o eixo (exceto a inércia do
disco) pois não há conexão física
entre o sistema de medição e o eixo.
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5.1.2.4 - Tacômetro eletromecânico
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5.1.3 – Tacômetros ópticos
5.1.3.1 - Estroboscópio
O estroboscópio
freqüência é conhecida.
é uma
luz intermitente,
cuja
No eixo onde é realizada a medida de rotação faz-se
uma marca que deve ser observada pela incidência da luz
intermitente. Se a freqüência da emissão da luz for a
mesma que a freqüência do eixo, a marca parecerá estar
estacionária porque o eixo e sua marcação somente serão
iluminados quando a marca estiver na mesma posição a
cada rotação.
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Quando a marca parecer mover-se, será devido à
freqüência do estroboscópio ser diferente da freqüência de
rotação do eixo. Assim uma medição de freqüência da luz
intermitente fornece uma medida da freqüência de rotação
do eixo.
A marca no eixo parecerá estacionária quando a
freqüência de rotação do eixo for um múltiplo inteiro da
freqüência da luz. Isso é devido ao fato do eixo poder fazer
qualquer numero de rotações entre os lampejos, e a marca
parecerá estar estacionária, desde que, no intervalo entre
os lampejos, o eixo faça um numero inteiro de rotações
completas.
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Capítulo 4 - Medição de rotação, torque e potência
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Comparação entre os tipos
•Tacogerador: pouca carga imposta ao
eixo; faixa de até 6 000 rpm; fornece
exposição à distancia; precisão similar ao
tacômetro
de
corrente
parasita;
relativamente barata.
•Tacômetro de captação de sinal digital:
pouca carga imposta ao eixo; faixas de
até 100.000 rpm; fornece exposição à
distancia; pode ser preciso; não é barato.
•Estroboscópio: nenhuma carga imposta
ao eixo; faixa geralmente de até 18.000
rpm; o eixo tem que ser observado; muito
preciso.
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5.2 - Medição de torque
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5.2.1 - Freio Prony
Um volante fixo ao eixo circundado por sapatas,
conectadas a um braço cuja extremidade se apóia sobre
um medidor de força.
O volante, acionado
pelo motor, tem o seu
movimento restringido pelo
atrito
aplicado
pelas
sapatas, que transmite o
esforço ao braço apoiado
sobre o medidor.
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A partir das leituras de força, calcula-se o torque
despendido pelo motor.
O freio de Prony apresenta vários inconvenientes
operacionais, destacando-se o fato de manter a carga
constante independente da rotação empregada.
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5.2.2 - Freio hidráulico
O freio hidráulico possui um rotor aletado que gira no
interior de uma carcaça com estatores também aletados.
A água entra na
câmara do rotor
axialmente, ao centro.
Pela ação centrífuga,
a água é acelerada e
lançada para a saída,
formando um anel no
interior da câmara do rotor.
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A energia mecânica fornecida pelo motor em ensaio
é absorvida e convertida em calor no escoamento da água
entre as aletas do rotor e dos estatores.
O torque resultante aplica uma resistência ao
movimento de rotação do rotor e tende a girar a carcaça
no mesmo sentido da máquina em teste.
Este esforço é transmitido, por meio de um braço, a
um medidor de força instalado a uma distância fixa da
linha de centro do freio.
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5.2.3 – Transdutores de torque
Os transdutores de torque permitem a medição
direta de torque em um eixo, sendo estes medidores
instalados entre a carga mecânica e o motor
(elemento primário de potência), conforme ilustra a
figura.
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Devido a esta características de montagem, os
transdutores
são
basicamente
utilizados
no
desenvolvimento de máquinas rotativas em laboratórios,
tais como, ventiladores, bombas, turbinas e etc.
Existem basicamente dois tipos de transdutores de
torque, os que utilizam strains gages
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De maneira semelhante aos transdutores de força
(células de carga), os transdutores de torque podem
utilizam as várias configurações possíveis de montagem
de strain-gages fixos ao eixo onde se está medindo o
torque.
Normalmente, são utilizados quatro strain-gages
dispostos em 45º , como mostra a figura abaixo.
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